Summary

从人类体细胞与仙台病毒高效的新一代人类诱导多能干细胞

Published: April 23, 2014
doi:

Summary

在这里,我们提出我们建立的方法重新编程人类体细胞转基因成无人类iPS细胞与仙台病毒,这说明一致的结果,并提高效率。

Abstract

几年前,建立人类诱导多能干细胞(iPS细胞)的迎来了在生物医学的新时代。人类iPSC的潜在用途包括人类遗传病的发病机制的建模,基因校正后的自体细胞治疗,以及通过提供特定病人的症状和相关细胞来源的个性化药物筛选。但是,也有一些困难需要克服,如消除了人类iPSC产生后剩下的重新编程因子的转基因表达。更重要的是,在未分化的人类iPS细胞残余的转基因表达可能妨碍适当的分化和误导性疾病相关的体外表型的解释。与此原因,集成无和/或转基因的无人类iPSC已经开发了使用几种方法,如腺病毒,在piggyBac转系统,小环载体,附加型载体,直接蛋白质送货和合成的mRNA。然而,reprogra效率使用集成自由方法mming是相当低的,在大多数情况下。

在这里,我们提出了一个方法,用仙台病毒(RNA病毒)的重编程系统来隔离人类iPSCs的。这种重编程方法显示一致的结果和高效率的成本效益的方式。

Introduction

人类胚胎干细胞(胚胎干细胞)有能力的自我更新体外和具有多能性,这可能是对疾病的建模可能有用的,用于药物筛选和开发基于细胞的疗法来治疗疾病和组织损伤。然而,人类胚胎干细胞有细胞替代治疗的局限性,因为免疫学,肿瘤学和道德的障碍,并研究疾病相关基因,疾病特异性胚胎干细胞可以通过植入前遗传学诊断(PGD)的方法进行分离,但它仍然是技术上的挑战和胚胎捐赠是相当罕见的。这些问题都涉及到干细胞生物学,这导致了诱导性多能干细胞(人iPS细胞)的发展进程。

人类iPSC在遗传自人成年体细胞的重新编程,和怀有多能性干细胞样特征类似于人类胚胎干细胞,这使得它们对再生医学的如d的有用来源地毯的发现,疾病模型和细胞治疗的病人的具体方式1,2。

到目前为止,有几种方法来产生人类iPSC,包括病毒介导的(逆转录病毒和腺病毒)3,非病毒介导的(BAC系统和载体转染)4的基因转导和蛋白质递送系统5-7。

虽然递送的病毒介导的基因可以确保效率的某一水平时,病毒载体可以离开遗传足迹,因为它们整合到宿主染色体中表达重编程基因以不受控制的方式。甚至当病毒融合转录因子可以激活或失活的宿主基因8,它可以导致意想不到的遗传畸变和肿瘤发生5,9的风险。另一方面,直接导入蛋白质或RNA导入体细胞的报道,但也有一些缺点,如劳动密集,反复被传挠度,并重新编程7,10水平低。即使附加型和非整合型腺病毒,腺相关病毒,和质粒载体仍然相对效率较低11。由于这些原因,它是合理选择非集成方法重编程与IPSC的新一代高疗效和较少的遗传异常。在这项研究中,我们使用了仙台病毒基础的重新编程。这种方法是已知的非整合到宿主基因组中,并持续产生人类iPSC无转基因的整合。

Protocol

细胞1。制备及媒体(1天) 培养和扩增人类成纤维细胞用含有10%FBS的DMEM培养基。 板人成纤维细胞( 图1)到24孔板中,每孔的适当密度的转导的前一天。 注:以下系列稀释建议(200K,100K,50K,25K,12.5K和6.25K),因为不同的细胞类型有不同的附件的能力。 孵育在37℃,5%CO2 培养箱细胞多一天,保证了细胞已完全遵守和扩展。 <…

Representative Results

通常感染的成纤维细胞没有显示出仙台病毒转导后的任何形态的变化在数天,但五天后,便开始有不同的形状( 图1)。如在图1的右面板中所述,细胞不具有典型的成纤维细胞形态的任何更多。它们具有一个圆形的形状和更大的细胞核比细胞质。即使在80%的细胞汇合时进行转导,看起来他们是在井少汇合,他们开始重新编程后。如果这些种形态的变化开始在最井待观察?…

Discussion

重新编程人类体细胞,以人iPS细胞拥有在基础生物学,个人药品,移植12空前的承诺。先前,人类iPSC的世代所需DNA病毒,具有整合风险入宿主基因组,它可以产生不期望的基因突变,限制进一步的临床应用,如药物开发和移植疗法13。与这个原因,许多研究已经报道几种可供选择的方法来生成向量和转基因的无系统人类iPSC,但在同一时间,隔离'脚打印自由'的效率人类iPSC应?…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

我们要感谢李实验室的成员对稿件有价值的讨论。在李的实验室工作是由纽约干细胞基金会罗伯逊研究奖和美国马里兰干细胞研究基金(TEDCO)资助。

Materials

CytoTune-iPS Reprogramming Kit invitrogen A1378002
CF-6,MEFs, neomycin-resistant, mitomycin C treated  Global stem GSC-6105M  5X105/6cm or 12.5X105/24 well plate
Trypsin EDTA 0.25% Trypsin with EDTA 4Na 1X invitrogen 25200114
DMEM/F-12 medium  invitrogen 11330-032
24-well Cell Culture Plate, flat-bottom with lid BD 353935
Y-27632 TOCRIS 1254 10 uM (Stock: 10 mM)
basic fibroblast growth factor LIFE TECHNOLOGIES  PHG0263 10 ng (Stock : 100 ug)
Knock-out serum replacement Gibco 10828028
Dulbecco's Modified Eagle Medium (D-MEM, DMEM) (1X), liquid (high glucose)  invitrogen 11965118
Fetal bovine serum Thermo Scientific Fermentas SH30071.03
L-Glutamine-200 mM (100X), liquid GIBCO 25030-081 1/100
MEM Non-Essential Amino Acids Solution, 100X LIFE TECHNOLOGIES  11140050 1/100
2-Mercaptoethanol (1,000X), liquid GIBCO 21985023 1/1000
Hausser Phase Contrast Hemacytometers Hausser Scientific 02-671-54
EmbryoMax 0.1% Gelatin Solution Millipore ES-006-B
SSEA-4 DSHB MC-813-70 1/200
anti-Tra-1-81 cell signaling 4745S 1/200
mouse monoclonal Oct4 antibody Santa Cruz SC-5279 1/1000
Nanog R&D AF1997 1/1000
Alexa Flouor 488 goat anti-mouse invitrogen 948492 1/2000
DPBS (Dulbecco's Phosphate-Buffered Saline), 1X without calcium & magnesium cellgro 21-031-CV
QuantiTect Reverse Transcription Kit QIAGEN 205313
PCR Master Mix [2X] Thermo Scientific Fermentas K0171
Trizol invitrogen 15596018
picking hood NuAire  NU-301 
dissecting scope  Nikon SMZ745

References

  1. Yu, J., et al. Induced pluripotent stem cell lines derived from human somatic cells. Science. 318, 1917-1920 (2007).
  2. Okita, K., Nakagawa, M., Hyenjong, H., Ichisaka, T., Yamanaka, S. Generation of mouse induced pluripotent stem cells without viral vectors. Science. 322, 949-953 (2008).
  3. Zhou, W., Freed, C. R. Adenoviral gene delivery can reprogram human fibroblasts to induced pluripotent stem cells. Stem Cells. 27, 2667-2674 (2009).
  4. Woltjen, K., et al. piggyBac transposition reprograms fibroblasts to induced pluripotent stem cells. Nature. 458, 766-770 (2009).
  5. Okita, K., et al. A more efficient method to generate integration-free human iPS cells. Nature Methods. 8, 409-412 (2011).
  6. Yusa, K., Rad, R., Takeda, J., Bradley, A. Generation of transgene-free induced pluripotent mouse stem cells by the piggyBac transposon. Nature Methods. 6, 363-369 (2009).
  7. Kim, D., et al. Generation of human induced pluripotent stem cells by direct delivery of reprogramming proteins. Cell Stem Cell. 4, 472-476 (2009).
  8. Yu, J., et al. Human induced pluripotent stem cells free of vector and transgene sequences. Science. 324, 797-801 (2009).
  9. Okita, K., Ichisaka, T., Yamanaka, S. Generation of germline-competent induced pluripotent stem cells. Nature. 448, 313-317 (2007).
  10. Yoshioka, N., et al. Efficient Generation of Human iPSCs by a Synthetic Self-Replicative RNA. Cell Stem Cell. 13, 246-254 (2013).
  11. Dowey, S. N., Huang, X., Chou, B. K., Ye, Z., Cheng, L. Generation of integration-free human induced pluripotent stem cells from postnatal blood mononuclear cells by plasmid vector expression. Nature Protocols. 7, 2013-2021 (2012).
  12. Fluri, D. A., et al. Derivation, expansion and differentiation of induced pluripotent stem cells in continuous suspension cultures. Nature Methods. 9, 509-516 (2012).
  13. Nakagawa, M., et al. Generation of induced pluripotent stem cells without Myc from mouse and human fibroblasts. Nature Biotechnology. 26, 101-106 (2008).
  14. Fusaki, N., Ban, H., Nishiyama, A., Saeki, K., Hasegawa, M. Efficient induction of transgene-free human pluripotent stem cells using a vector based on Sendai virus, an RNA virus that does not integrate into the host genome. P Jpn Acad B-Phys. 85, 348-362 .
  15. Silva, S. S., Rowntree, R. K., Mekhoubad, S., Lee, J. T. X-chromosome inactivation and epigenetic fluidity in human embryonic stem cells. P Natl Acad Sci USA. 105, 4820-4825 (2008).
  16. Kim, H., et al. miR-371-3 expression predicts neural differentiation propensity in human pluripotent stem cells. Cell Stem Cell. 8, 695-706 (2011).
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Cite This Article
Choi, I. Y., Lim, H., Lee, G. Efficient Generation Human Induced Pluripotent Stem Cells from Human Somatic Cells with Sendai-virus. J. Vis. Exp. (86), e51406, doi:10.3791/51406 (2014).

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